레플리카셋

레플리카셋의 목적은 레플리카 파드 집합의 실행을 항상 안정적으로 유지하는 것이다. 이처럼 레플리카셋은 보통 명시된 동일 파드 개수에 대한 가용성을 보증하는데 사용한다.

레플리카셋의 작동 방식

레플리카셋을 정의하는 필드는 획득 가능한 파드를 식별하는 방법이 명시된 셀렉터, 유지해야 하는 파드 개수를 명시하는 레플리카의 개수, 그리고 레플리카 수 유지를 위해 생성하는 신규 파드에 대한 데이터를 명시하는 파드 템플릿을 포함한다. 그러면 레플리카셋은 필드에 지정된 설정을 충족하기 위해 필요한 만큼 파드를 만들고 삭제한다. 레플리카셋이 새로운 파드를 생성해야 할 경우, 명시된 파드 템플릿을 사용한다.

레플리카셋은 파드의 metadata.ownerReferences 필드를 통해 파드에 연결되며, 이는 현재 오브젝트가 소유한 리소스를 명시한다. 레플리카셋이 가지고 있는 모든 파드의 ownerReferences 필드는 해당 파드를 소유한 레플리카셋을 식별하기 위한 소유자 정보를 가진다. 이 링크를 통해 레플리카셋은 자신이 유지하는 파드의 상태를 확인하고 이에 따라 관리 한다.

레플리카셋은 셀렉터를 이용해서 필요한 새 파드를 식별한다. 만약 파드에 OwnerReference가 없거나, OwnerReference가 컨트롤러(Controller) 가 아니고 레플리카셋의 셀렉터와 일치한다면 레플리카셋이 즉각 파드를 가지게 될 것이다.

레플리카셋을 사용하는 시기

레플리카셋은 지정된 수의 파드 레플리카가 항상 실행되도록 보장한다. 그러나 디플로이먼트는 레플리카셋을 관리하고 다른 유용한 기능과 함께 파드에 대한 선언적 업데이트를 제공하는 상위 개념이다. 따라서 우리는 사용자 지정 오케스트레이션이 필요하거나 업데이트가 전혀 필요하지 않은 경우라면 레플리카셋을 직접적으로 사용하기 보다는 디플로이먼트를 사용하는 것을 권장한다.

이는 레플리카셋 오브젝트를 직접 조작할 필요가 없다는 것을 의미한다. 대신 디플로이먼트를 이용하고 사양 부분에서 애플리케이션을 정의하면 된다.

예시

controllers/frontend.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: frontend
  labels:
    app: guestbook
    tier: frontend
spec:
  # 케이스에 따라 레플리카를 수정한다.
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: frontend
    spec:
      containers:
      - name: php-redis
        image: gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3

이 매니페스트를 frontend.yaml에 저장하고 쿠버네티스 클러스터에 적용하면 정의되어 있는 레플리카셋이 생성되고 레플리카셋이 관리하는 파드가 생성된다.

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

현재 배포된 레플리카셋을 확인할 수 있다.

kubectl get rs

그리고 생성된 프런트엔드를 볼 수 있다.

NAME       DESIRED   CURRENT   READY   AGE
frontend   3         3         3       6s

또한 레플리카셋의 상태를 확인할 수 있다.

kubectl describe rs/frontend

출력은 다음과 유사할 것이다.

Name:         frontend
Namespace:    default
Selector:     tier=frontend
Labels:       app=guestbook
              tier=frontend
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                {"apiVersion":"apps/v1","kind":"ReplicaSet","metadata":{"annotations":{},"labels":{"app":"guestbook","tier":"frontend"},"name":"frontend",...
Replicas:     3 current / 3 desired
Pods Status:  3 Running / 0 Waiting / 0 Succeeded / 0 Failed
Pod Template:
  Labels:  tier=frontend
  Containers:
   php-redis:
    Image:        gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3
    Port:         <none>
    Host Port:    <none>
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Events:
  Type    Reason            Age   From                   Message
  ----    ------            ----  ----                   -------
  Normal  SuccessfulCreate  117s  replicaset-controller  Created pod: frontend-wtsmm
  Normal  SuccessfulCreate  116s  replicaset-controller  Created pod: frontend-b2zdv
  Normal  SuccessfulCreate  116s  replicaset-controller  Created pod: frontend-vcmts

마지막으로 파드가 올라왔는지 확인할 수 있다.

kubectl get pods

다음과 유사한 파드 정보를 볼 수 있다.

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-b2zdv   1/1     Running   0          6m36s
frontend-vcmts   1/1     Running   0          6m36s
frontend-wtsmm   1/1     Running   0          6m36s

또한 파드들의 소유자 참조 정보가 해당 프런트엔드 레플리카셋으로 설정되어 있는지 확인할 수 있다. 확인을 위해서는 실행 중인 파드 중 하나의 yaml을 확인한다.

kubectl get pods frontend-b2zdv -o yaml

메타데이터의 ownerReferences 필드에 설정되어 있는 프런트엔드 레플리카셋의 정보가 다음과 유사하게 나오는 것을 볼 수 있다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: "2020-02-12T07:06:16Z"
  generateName: frontend-
  labels:
    tier: frontend
  name: frontend-b2zdv
  namespace: default
  ownerReferences:
  - apiVersion: apps/v1
    blockOwnerDeletion: true
    controller: true
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
    uid: f391f6db-bb9b-4c09-ae74-6a1f77f3d5cf
...

템플릿을 사용하지 않는 파드의 획득

단독(bare) 파드를 생성하는 것에는 문제가 없지만, 단독 파드가 레플리카셋의 셀렉터와 일치하는 레이블을 가지지 않도록 하는 것을 강력하게 권장한다. 그 이유는 레플리카셋이 소유하는 파드가 템플릿에 명시된 파드에만 국한되지 않고, 이전 섹션에서 명시된 방식에 의해서도 다른 파드의 획득이 가능하기 때문이다.

이전 프런트엔드 레플리카셋 예제와 다음의 매니페스트에 명시된 파드를 가져와 참조한다.

pods/pod-rs.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello1
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:2.0

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod2
  labels:
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: hello2
    image: gcr.io/google-samples/hello-app:1.0

기본 파드는 소유자 관련 정보에 컨트롤러(또는 오브젝트)를 가지지 않기 때문에 프런트엔드 레플리카셋의 셀렉터와 일치하면 즉시 레플리카셋에 소유된다.

프런트엔드 레플리카셋이 배치되고 초기 파드 레플리카가 셋업된 이후에, 레플리카 수 요구 사항을 충족시키기 위해서 신규 파드를 생성한다고 가정해보자.

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

새로운 파드는 레플리카셋에 의해 인식되며 레플리카셋이 필요한 수량을 초과하면 즉시 종료된다.

파드를 가져온다.

kubectl get pods

결과에는 새로운 파드가 이미 종료되었거나 종료가 진행 중인 것을 보여준다.

NAME             READY   STATUS        RESTARTS   AGE
frontend-b2zdv   1/1     Running       0          10m
frontend-vcmts   1/1     Running       0          10m
frontend-wtsmm   1/1     Running       0          10m
pod1             0/1     Terminating   0          1s
pod2             0/1     Terminating   0          1s

파드를 먼저 생성한다.

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/pods/pod-rs.yaml

그 다음 레플리카셋을 생성한다.

kubectl apply -f https://kubernetes.io/examples/controllers/frontend.yaml

레플리카셋이 해당 파드를 소유한 것을 볼 수 있으며 새 파드 및 기존 파드의 수가 레플리카셋이 필요로 하는 수와 일치할 때까지 사양에 따라 신규 파드만 생성한다. 파드를 가져온다.

kubectl get pods

다음 출력에서 볼 수 있다.

NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
frontend-hmmj2   1/1     Running   0          9s
pod1             1/1     Running   0          36s
pod2             1/1     Running   0          36s

이러한 방식으로 레플리카셋은 템플릿을 사용하지 않는 파드를 소유하게 된다.

레플리카셋 매니페스트 작성하기

레플리카셋은 모든 쿠버네티스 API 오브젝트와 마찬가지로 apiVersion, kind, metadata 필드가 필요하다. 레플리카셋에 대한 kind 필드의 값은 항상 레플리카셋이다.

레플리카셋 오브젝트의 이름은 유효한 DNS 서브도메인 이름이어야 한다.

레플리카셋도 .spec 섹션이 필요하다.

파드 템플릿

.spec.template은 레이블을 붙이도록 되어 있는 파드 템플릿이다. 우리는 frontend.yaml 예제에서 tier: frontend이라는 레이블을 하나 가지고 있다. 이 파드를 다른 컨트롤러가 취하지 않도록 다른 컨트롤러의 셀렉터와 겹치지 않도록 주의해야 한다.

템플릿의 재시작 정책 필드인 .spec.template.spec.restartPolicy는 기본값인 Always만 허용된다.

파드 셀렉터

.spec.selector 필드는 레이블 셀렉터이다. 앞서 논의한 것처럼 이 레이블은 소유될 가능성이 있는 파드를 식별하는데 사용된다. 우리 frontend.yaml 예제에서의 셀렉터는 다음과 같다.

matchLabels:
  tier: frontend

레플리카셋에서 .spec.template.metadata.labels는 spec.selector과 일치해야 하며 그렇지 않으면 API에 의해 거부된다.

레플리카

.spec.replicas를 설정해서 동시에 동작하는 파드의 수를 지정할 수 있다. 레플리카셋은 파드의 수가 일치하도록 생성 및 삭제한다.

만약 .spec.replicas를 지정하지 않으면 기본값은 1이다.

레플리카셋 작업

레플리카셋과 해당 파드 삭제

레플리카셋 및 모든 파드를 삭제하려면 kubectl delete를 사용한다. 가비지 수집기는 기본적으로 종속되어 있는 모든 파드를 자동으로 삭제한다.

REST API 또는 client-go 라이브러리를 이용할 때는 -d 옵션으로 propagationPolicy를 Background또는 Foreground로 설정해야 한다. 예시:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
> -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Foreground"}' \
> -H "Content-Type: application/json"

레플리카셋만 삭제하기

kubectl delete에 --cascade=orphan 옵션을 사용하여 연관 파드에 영향을 주지 않고 레플리카셋을 삭제할 수 있다. REST API 또는 client-go 라이브러리를 이용할 때는 propagationPolicy에 Orphan을 설정해야 한다. 예시:

kubectl proxy --port=8080
curl -X DELETE  'localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/frontend' \
> -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Orphan"}' \
> -H "Content-Type: application/json"

원본이 삭제되면 새 레플리카셋을 생성해서 대체할 수 있다. 기존 .spec.selector와 신규 .spec.selector가 같으면 새 레플리카셋은 기존 파드를 선택한다. 하지만 신규 레플리카셋은 기존 파드를 신규 레플리카셋의 새롭고 다른 파드 템플릿에 일치시키는 작업을 수행하지는 않는다. 컨트롤 방식으로 파드를 새로운 사양으로 업데이트 하기 위해서는 디플로이먼트를 이용하면 된다. 이는 레플리카셋이 롤링 업데이트를 직접적으로 지원하지 않기 때문이다.

레플리카셋에서 파드 격리

레이블을 변경하면 레플리카셋에서 파드를 제거할 수 있다. 이 방식은 디버깅과 데이터 복구 등을 위해 서비스에서 파드를 제거하는 데 사용할 수 있다. 이 방식으로 제거된 파드는 자동으로 교체된다( 레플리카의 수가 변경되지 않는다고 가정한다).

레플리카셋의 스케일링

레플리카셋을 손쉽게 스케일 업 또는 다운하는 방법은 단순히 .spec.replicas 필드를 업데이트하면 된다. 레플리카셋 컨트롤러는 일치하는 레이블 셀렉터가 있는 파드가 의도한 수 만큼 가용하고 운영 가능하도록 보장한다.

스케일 다운할 때, 레플리카셋 컨트롤러는 스케일 다운할 파드의 우선순위를 정하기 위해 다음의 기준으로 가용 파드를 정렬하여 삭제할 파드를 결정한다.

1. Pending 상태인 (+ 스케줄링할 수 없는) 파드가 먼저 스케일 다운된다.
2. controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 어노테이션이 설정되어 있는 파드에 대해서는, 낮은 값을 갖는 파드가 먼저 스케일 다운된다.
3. 더 많은 레플리카가 있는 노드의 파드가 더 적은 레플리카가 있는 노드의 파드보다 먼저 스케일 다운된다.
4. 파드 생성 시간이 다르면, 더 최근에 생성된 파드가 이전에 생성된 파드보다 먼저 스케일 다운된다. (LogarithmicScaleDown 기능 게이트가 활성화되어 있으면 생성 시간이 정수 로그 스케일로 버킷화된다)

모든 기준에 대해 동등하다면, 스케일 다운할 파드가 임의로 선택된다.

파드 삭제 비용

controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 어노테이션을 이용하여, 레플리카셋을 스케일 다운할 때 어떤 파드부터 먼저 삭제할지에 대한 우선순위를 설정할 수 있다.

이 어노테이션은 파드에 설정되어야 하며, [-2147483647, 2147483647] 범위를 갖는다. 이 어노테이션은 하나의 레플리카셋에 있는 다른 파드와의 상대적 삭제 비용을 나타낸다. 삭제 비용이 낮은 파드는 삭제 비용이 높은 파드보다 삭제 우선순위가 높다.

파드에 대해 이 값을 명시하지 않으면 기본값은 0이다. 음수로도 설정할 수 있다. 유효하지 않은 값은 API 서버가 거부한다.

이 기능은 베타 상태이며 기본적으로 활성화되어 있다. kube-apiserver와 kube-controller-manager에 대해 PodDeletionCost 기능 게이트를 이용하여 비활성화할 수 있다.

사용 예시

한 애플리케이션 내의 여러 파드는 각각 사용률이 다를 수 있다. 스케일 다운 시, 애플리케이션은 사용률이 낮은 파드를 먼저 삭제하고 싶을 수 있다. 파드를 자주 업데이트하는 것을 피하기 위해, 애플리케이션은 controller.kubernetes.io/pod-deletion-cost 값을 스케일 다운하기 전에 1회만 업데이트해야 한다 (파드 사용률에 비례하는 값으로 설정). 이 방식은 Spark 애플리케이션의 드라이버 파드처럼 애플리케이션이 스스로 다운스케일링을 수행하는 경우에 유효하다.

레플리카셋을 Horizontal Pod Autoscaler 대상으로 설정

레플리카셋은 Horizontal Pod Autoscalers (HPA)의 대상이 될 수 있다. 즉, 레플리카셋은 HPA에 의해 오토스케일될 수 있다. 다음은 이전에 만든 예시에서 만든 레플리카셋을 대상으로 하는 HPA 예시이다.

controllers/hpa-rs.yaml

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: frontend-scaler
spec:
  scaleTargetRef:
    kind: ReplicaSet
    name: frontend
  minReplicas: 3
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 50

이 매니페스트를 hpa-rs.yaml로 저장한 다음 쿠버네티스 클러스터에 적용하면 CPU 사용량에 따라 파드가 복제되는 오토스케일 레플리카셋 HPA가 생성된다.

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/hpa-rs.yaml

또는 kubectl autoscale 커맨드을 사용해서 동일한 작업을 할 수 있다. (그리고 더 쉽다!)

kubectl autoscale rs frontend --max=10 --min=3 --cpu-percent=50

레플리카셋의 대안

디플로이먼트(권장)

디플로이먼트는 레플리카셋을 소유하거나 업데이트를 하고, 파드의 선언적인 업데이트와 서버측 롤링 업데이트를 할 수 있는 오브젝트이다. 레플리카셋은 단독으로 사용할 수 있지만, 오늘날에는 주로 디플로이먼트로 파드의 생성과 삭제 그리고 업데이트를 오케스트레이션하는 메커니즘으로 사용한다. 디플로이먼트를 이용해서 배포할 때 생성되는 레플리카셋을 관리하는 것에 대해 걱정하지 않아도 된다. 디플로이먼트는 레플리카셋을 소유하거나 관리한다. 따라서 레플리카셋을 원한다면 디플로이먼트를 사용하는 것을 권장한다.

기본 파드

사용자가 직접 파드를 생성하는 경우와는 다르게, 레플리카셋은 노드 장애 또는 노드의 커널 업그레이드와 같은 관리 목적의 중단 등 어떤 이유로든 종료되거나 삭제된 파드를 교체한다. 이런 이유로 애플리케이션이 단일 파드가 필요하더라도 레플리카셋을 이용하는 것을 권장한다. 레플리카셋을 프로세스 관리자와 비교해서 생각해본다면, 레플리카셋은 단일 노드에서의 개별 프로세스들이 아닌 다수의 노드에 걸쳐있는 다수의 파드를 관리하는 것이다. 레플리카셋은 로컬 컨테이너의 재시작을 노드에 있는 Kubelet과 같은 에이전트에게 위임한다.

잡

스스로 종료되는 것이 예상되는 파드의 경우에는 레플리카셋 대신 잡을 이용한다 (즉, 배치 잡).

데몬셋

머신 모니터링 또는 머신 로깅과 같은 머신-레벨의 기능을 제공하는 파드를 위해서는 레플리카셋 대신 데몬셋을 사용한다. 이러한 파드의 수명은 머신의 수명과 연관되어 있고, 머신에서 다른 파드가 시작하기 전에 실행되어야 하며, 머신의 재부팅/종료가 준비되었을 때, 해당 파드를 종료하는 것이 안전하다.

레플리케이션 컨트롤러

레플리카셋은 레플리케이션 컨트롤러를 계승하였다. 이 두 개의 용도는 동일하고, 유사하게 동작하며, 레플리케이션 컨트롤러가 레이블 사용자 가이드에 설명된 설정-기반의 셀렉터의 요건을 지원하지 않는다는 점을 제외하면 유사하다. 따라서 레플리카셋이 레플리케이션 컨트롤러보다 선호된다.

다음 내용

• 파드에 대해 배운다.
• 디플로이먼트에 대해 배운다.
• 레플리카셋에 의존해서 동작하는 디플로이먼트로 스테이트리스 애플리케이션을 실행한다.
• ReplicaSet는 쿠버네티스 REST API의 상위-수준 리소스이다. 레플리카셋 API에 대해 이해하기 위해 ReplicaSet 오브젝트 정의를 읽는다.
• PodDisruptionBudget과 이를 사용해서 어떻게 중단 중에 애플리케이션 가용성을 관리할 수 있는지에 대해 읽는다.